余高奇博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666 经典热力学也称平衡态热力学,研究系统由一个热力学平衡态变化至另一个热力学平衡态的准静态过程的自发性; 它是真实热力学过程发生的必要条件。

博文

克劳修斯不等式中的非自发过程探究

已有 1085 次阅读 2023-9-23 14:24 |系统分类:教学心得

本文拟结合具体实例,探究克劳修斯不等式中的非自发过程.

1.克劳修斯不等式

克劳修斯不等式参见如下式(1.

          dS≥δQ/T         (1)

式(1)中“>”代表不可逆过程,“=”代表可逆过程.

平衡态热力学认为:热力学不可逆过程包括自发过程与非自发过程两大类. 通常情况下接触到的不可逆过程均为自发过程;因此克劳修斯不等式中的不可逆过程等价于自发过.

备注:在给定条件下,非自发过程不会发生.

   2.非自发过程实例

 []. 计算298.15K及标态下反应“CO2(g)=C(s,石墨)+O2(g)”ΔrHθmΔrSθm,并验证克劳修斯不等式. 298.15K及标态下相关物质的热力学性质参见如下表1.

1. 298.15K及标态下相关物质的热力学性质

物质

CO2(g)

C(s,石墨)

O2(g)

ΔfHθm/(kJ•mol-1)

-393.51

0

0

Sθm/(J•mol-1•K-1)

213.74

5.740

205.138

 解:依热力学基本原理可得

     ΔrHθmfHθm(C,s,石墨)+ΔfHθm(O2,g)-ΔfHθm(CO2,g)

                =0+0-(-393.51kJ•mol-1)

               =393.51kJ•mol-1                                                                               2

     ΔrSθm=Sθm(C,s,石墨)+Sθm(O2,g)-Sθm(CO2,g)

       =5.740J•mol-1•K-1+205.138J•mol-1•K-1-213.74J•mol-1•K-1

       =-2.862J•mol-1•K-1                                                                          3

   依题上述化学反应发生条件为:恒压(dp=0)及非体积功为0(δW’=0).

           则:dHQp            4

           将温度及ΔrHθm的数值代入下式可得:

         Qp/T=ΔrHθm/298.15K=393.51kJ•mol-1/298.15K=1319.839J•mol-1•K-1              5

   结合式(3)及(5)可知对于298.15K及标态下的非自发反应“CO2(g)=C(s,石墨)+O2(g)”,

             ΔrSθm<Qp/T                 6

   式(6)结果显示对于非自发过程,dSQ/T .

备注:热力学提供了非自发反应的ΔrHθmΔrGθmΔrSθm计算方法与热力学数据.

      3.结论

克劳修斯不等式image.png中不可逆过程不包括热力学非自发过程.






https://m.sciencenet.cn/blog-3474471-1403585.html

上一篇:化学平衡的热力学解读
下一篇:热力学可逆过程与不可逆过程的终态重合问题介绍

0

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (1 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2024-4-18 08:16

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部